[發明專利]基于自適應局部迭代濾波的磁共振測深信號包絡提取方法

有效

• 申請號: 202010860696.0
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112099100B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 田寶鳳;劉隆昌;蔣川東;王子強;郭冬雪;孫士聰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V5/00
• 分類號: G01V5/00
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種基于自適應局部迭代濾波的磁共振測深信號包絡提取方法，其特征在于，該方法包括：

步驟1：利用核磁共振測深探水儀采集到的一組MRS信號F(t)，利用Hilbert變換和頻譜搬移，直接將其轉換成包絡信號f(t)；

步驟2：對步驟1中的包絡信號采用遍歷的方式來確定包絡信號的分解階數以及計算濾波區間時選取的掩碼系數，包括首先將掩碼系數確定為某一數值，然后通過MRS信號初始振幅E₀和MRS信號平均衰減時間的不確定度來確定最佳分解階數；當分解階數確定之后，通過遍歷1.0-3.0之間以0.2為間隔的系數，再通過MRS信號初始振幅E₀和MRS信號平均衰減時間的不確定度來確定最佳掩碼系數；

步驟3：根據步驟2中選擇的分解階數和掩碼系數，對包絡信號f(t)的實部和虛部分別采用ALIF算法通過內循環提取IMF分量以及通過外循環結束提取過程，通過余量組合的方式來提取有效的MRS信號包絡；

步驟3中所述內循環過程包括：通過計算待分解包絡信號f(t)與濾波函數ω(t)的卷積來求解得到滑動算子Γ(f)(t)，然后，將求解出的滑動算子Γ(f)(t)從包絡信號f(t)中提取，計算得到波動算子κ(f)(t)，若波動算子κ(f)(t)滿足IMF條件，則κ(f)(t)為提取得到的IMF分量c(t)，若不滿足則需要不斷循環重復地篩選獲得固定頻率成分的IMF分量；

步驟3中外循環過程包括將內循環過程中得到的IMF分量c(t)從待分解的包絡信號f(t)中剔除出去，得到余量γ(t)，若余量γ(t)呈現出單調的趨勢特征時,則終止迭代，否則，將γ(t)作為原始信號，進入內循環，繼續重復以上步驟，直至符合條件，則終止循環，最終得到若干個IMF分量；

步驟3中所述內循環過程具體包括為：

步驟3a：選取對實部和虛部的期望分解階數M的值與計算濾波區間的掩碼系數λ的值；

步驟3b：根據式(1)計算濾波區間l_n

式中，N表示包絡信號f(x)的采樣點數，k表示待分解信號的極值點個數，λ表示一個標量參數，λ∈[1，3]，表示向下取整；

步驟3c：根據式(2)Fokker-Planck方程求解濾波函數

式中，p(x)和q(x)都是光滑可導的函數，且在[a，b]，其中a＜0＜b上，滿足：q(a)＝q(b)＝0，且對于任意x∈(a，b)，均有q(x)＞0；

p(a)＜0＜p(b)；

α、β稱為穩態系數，取值范圍為(0，1)；

方程中會產生擴散效果并驅使方程解h(x)從區間(a，b)中心點向端點a和b移動；同時，使h(x)從a和b兩端向(a，b)區間中心聚攏，當兩者平衡時，有：

此時，方程有非零解h(x)且滿足條件：

對于任意x∈(a,b)有h(x)≥0；

對于任意有h(x)＝0；

表示著方程解集全部落在區間[a，b]上，則Fokker-Planck方程解h(x)為所求濾波函數ω(t)，濾波函數ω(t)隨著區間[a，b]改變求解出不同的解析值，由此實現ALIF算法對于濾波函數的自適應求解；

步驟3d：利用公式(4)求解滑動算子Γ(f)(x)

式中，ω(t)表示濾波函數，l_n表示濾波區間；

步驟3e：利用公式(5)計算波動算子κ(f)(x)

κ(f)(x)＝f(x)-Γ(f)(x) (5)

步驟3f：利用公式(6)判斷波動算子κ(f)(x)是否滿足IMF分量的條件，如果滿足，則獲得第一個IMF分量c₁(x)，如果不滿足，則將κ(f)(x)作為待分解信號，繼續重復上述步驟3b到步驟3e的過程，直至滿足IMF分量的條件，則會停止篩選，

式中，IMFs(x)表示當前需要判斷的IMF，IMFc(x)表示前一個得到的IMF分量，δ表示定義的閾值，范圍在0.001到0.2之間。

2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中外循環過程包括：

步驟3g：通過公式(7)得到余量

γ₁(x)＝f(x)-c₁(x) (7)

將γ₁(x)作為原始信號，重復內循環過程，得到第2個IMF分量，利用公式(8)作為判斷γ_n(x)呈現單調趨勢特征的標準，當ε的值大于20時，表明γ_n(x)呈現單調的趨勢特性，則終止循環，得到若干個IMF分量，γ_n(x)為第n個余量，c₁(x)為第一個IMF分量，此時，f(x)被表示為式(9)；

其中，f為當前的原始信號，γ_k為當前得到的余量，ε的取值為20；

其中，c_i(x)為第i個IMF分量。